(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において９０°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、
前記液晶素子を挟んで配置され、基材と、当該基材の上に形成されたディスコティック液晶分子を含むディスコティック液晶層と、を有する一対の視野角改善素子と、
前記一対の視野角改善素子を挟んで配置された互いに直交する方向に透過軸を有する一対の偏光板と、
を備え、
前記ディスコティック液晶層は、前記基材の前記液晶素子と対向する側の対向面に形成され、
前記ディスコティック液晶分子は、前記基材の前記対向面から前記液晶素子に向かって、前記対向面に対するチルト方向のチルト角が順次大きくなるように配向し、
前記チルト方向の方位角は、前記ディスコティック液晶層に隣接する前記基板の前記液晶層側の面における液晶分子配向方向の方位角と１８０度異なり、
前記ディスコティック液晶分子のチルト角の平均チルト角αは、前記液晶分子を前記基板から立ち上がり配向させる電圧を前記液晶素子の電極間に印加したときの前記液晶分子の平均チルト角をθとしたとき、
α＝９０−θ
の関係を満たす値に設定されている、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶素子の液晶は、波長が４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性をΔｎ（450nm）とし、波長が６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性をΔｎ（650nm）としたとき、
１＜Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）≦１．０７
を満足する液晶材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記一対の視野角改善素子の前記ディスコティック液晶層はそれぞれ１５０ｎｍの面内位相差を有しており、前記液晶素子の液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値は３４０〜４３０ｎｍに設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記液晶素子の前記液晶層は、波長が４５０ｎｍの光に対する液晶の屈折率異方性Δｎ（450nm）と液晶層厚ｄとの積ΔｎｄからなるΔｎｄ（450nm）の値に対する、波長が６５０ｎｍの光に対する前記液晶の屈折率異方性Δｎ（650nm）と前記液晶層厚ｄとの積ΔｎｄからなるΔｎｄ（650nm）の値の比が、
０．９４≦Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）≦１．１０
を満たすように、前記液晶の屈折率異方性の値と前記液晶層厚の値とが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記一対の視野角改善素子の前記ディスコティック液晶層はそれぞれ１５０ｎｍの面内位相差を有しており、
前記液晶素子の液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値は、赤のカラーフィルタに対応する画素と緑のカラーフィルタに対応する画素とのΔｎｄがそれぞれ３４０〜４３０ｎｍ、青のカラーフィルタに対応する画素のΔｎｄが前記赤及び緑のカラーフィルタに対応する画素のΔｎｄよりも１．１０倍以下の比率で大きく設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記ディスコティック液晶分子は、前記ディスコティック液晶層の層厚方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶分子は、前記電圧を前記液晶素子の前記電極間に印加したとき、前記液晶層の層厚方向に立ち上がり配向することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記ディスコティック液晶層の前記平均チルト角αは、前記ディスコティック液晶分子のチルト角を前記ディスコティック液晶層の層厚方向で平均した角度であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層の前記平均チルト角θは、前記液晶分子のチルト角を前記液晶層の層厚方向で平均した角度であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記ディスコティック液晶層は、前記ディスコティック液晶分子の円板状の面に垂直な分子軸を平均した方向を、屈折率が最小となるディスコティック液晶層の光学軸とし、負の光学的異方性を有していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶層は、ネマティック液晶を含み、正の誘電異方性を有していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置としては、対向配置された一対の基板の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する電極が設けられ、前記一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板とにより構成されたＴＮ（ツイステッド・ネマティック）型のものが広く利用されている。
【０００３】
しかし、このＴＮ型液晶表示装置は、表示の視野角（表示を良好なコントラストで観察できる観察角度範囲）が狭いという問題をもっている。
【０００４】
そのため、従来から、前記液晶素子と一対の偏光板との間にそれぞれ、ディスコティック液晶分子を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板に対向する面と前記液晶素子に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層を有する視野角改善素子を配置することにより、視野角を広くした液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３８４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記視野角改善素子を備えた液晶表示装置は、前記液晶素子の液晶層及び前記視野角改善素子のディスコティック液晶層の光学特性に波長依存性があり、その光学的作用が視角（表示の観察方向）によって変化するため、視角の変化に応じて表示の色相が変化する。
【０００７】
この色相の変化は、一対の偏光板をそれぞれの透過軸を実質的に互いに直交させて配置したノーマリーホワイトモードの液晶表示装置では、黒表示の色が視角に応じて著しく変化する。
【０００８】
そして、液晶素子にその複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えさせたカラー液晶表示装置では、視角による各色の光の透過強度が視角に依存して変化するため、視角に応じて観察されるカラー画像の色相が変化し、またコントラストも低下する。
【０００９】
この発明は、視野角が広く、しかも視角による表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を果たすため、本発明の液晶表示素子の一態様は、一対の基板間に、液晶分子を前記基板間において９０°の捩れ角でツイスト配向させた液晶層が設けられた液晶素子と、前記液晶素子を挟んで配置され、基材と、当該基材の上に形成されたディスコティック液晶分子を含むディスコティック液晶層と、を有する一対の視野角改善素子と、前記一対の視野角改善素子を挟んで配置された互いに直交する方向に透過軸を有する一対の偏光板と、を備え、前記ディスコティック液晶層は、前記基材の前記液晶素子と対向する側の対向面に形成され、前記ディスコティック液晶分子は、前記基材の前記対向面から前記液晶素子に向かって、前記対向面に対するチルト方向のチルト角が順次大きくなるように配向し、前記チルト方向の方位角は、前記ディスコティック液晶層に隣接する前記基板の前記液晶層側の面における液晶分子配向方向の方位角と１８０度異なり、前記ディスコティック液晶分子のチルト角の平均チルト角αは、前記液晶分子を前記基板から立ち上がり配向させる電圧を前記液晶素子の電極間に印加したときの前記液晶分子の平均チルト角をθとしたとき、α＝９０−θの関係を満たす値に設定されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の液晶表示装置は、視野角が広く、しかも視角による表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
【図２】視野角改善素子のディスコティック液晶層の模式的断面図。
【図３】前記液晶表示装置の液晶素子の一対の基板の近傍における液晶分子配向方向と、一対の偏光板の透過軸の向きと、一対の視野角改善素子の基板投影光学軸の向きと、を示す図。
【図４】この発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
【図５】この発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図。
【図６】Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）の値が１．０６〜１．１３の各液晶を用いた液晶表示素子における液晶層の各Δｎｄに対するカラーシフトの値を示す図。
【図７】液晶素子の液晶層のΔｎｄと横コントラスト及び上コントラストとの関係を示す図。
【図８】液晶素子に印加する電圧と液晶分子の平均チルト角との関係を示す図。
【図９】前記液晶表示装置の横コントラストを示す図。
【図１０】前記液晶表示装置のカラーシフトを示す図。
【図１１】前記液晶表示装置の上方向コントラストを示す図。
【図１２】前記液晶表示装置の中間調を表示したときの横方向カラーシフトを示す図。
【図１３】前記液晶表示装置の黒を表示したときの上方向カラーシフトを示す図。
【図１４】比較例１，２と実施例１，２との白を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図１５】比較例１，２と実施例１，２との黒を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図１６】比較例１，２と実施例１，２との５０％の中間調を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図１７】比較例１，２と実施例１，２との２０％の中間調を表示したときのカラーシフトの視角依存性を示す図。
【図１８】実施例２の印加電圧に対する上方向相対透過率の液晶層厚依存性を示す図。
【図１９】比較例２の上方向相対透過率の液晶層厚依存性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図３はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示装置の一部分の断面図である。
【００２５】
この実施例の液晶表示装置は、航空機のコックピットに装備される航空機用液晶表示装置であり、図１に示したように、液晶素子１と、前記液晶素子１を挟んでその前側と後側とに配置された一対の偏光板１２，１３と、前記液晶素子１と前記一対の偏光板１２，１３との間にそれぞれ配置された一対の視野角改善素子１４，１５とを備えている。
【００２６】
前記液晶素子１は、対向配置され、図示しない枠状のシール材を介して接合された前後一対の透明基板（例えばガラス基板）２，３の互いに向き合う内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の画素を形成する透明電極４，５が設けられ、一方の基板、例えば表示の観察側（図１において上側）である前側の基板（以下、前基板と言う）１の内面に前記複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂが設けられ、前記一対の基板２，３間に液晶層１０が設けられた構成となっている。
【００２７】
この液晶素子１は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示素子であり、後側の基板（以下、後基板と言う）３の内面に形成された電極５は、行方向および列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極、前基板２の内面に形成された電極４は、前記複数の画素電極５に対向する一枚膜状の対向電極である。
【００２８】
なお、図１では省略しているが、前記後基板３の内面には、前記複数の画素電極５にそれぞれ対応する複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給する複数のデータ配線とが設けられており、前記複数の画素電極５はそれぞれ、その画素電極５に対応するＴＦＴに接続されている。
【００２９】
また、前記赤、緑、青のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、前記前基板２の基板面上に形成されており、これらのカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの上に前記対向電極４が形成されている。
【００３０】
さらに、前記一対の基板２，３の内面にはそれぞれ、前記電極４，５を覆って、実質的に互いに直交する方向に配向処理された水平配向膜８，９が形成されている。
【００３１】
そして、前記液晶層１０は、前記一対の基板２，３間の前記シール材により囲まれた領域に、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を充填して形成されており、その液晶分子１１は、前記水平配向膜８，９により前後の基板２，３の近傍における配向方向を規定され、図１に実線で示したように、前記基板２，３間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向している。
【００３２】
前記液晶素子１の液晶層１０は、波長が４５０ｎｍの光、つまり青の波長帯域の光に対する屈折率異方性をΔｎ（450nm）とし、波長が６５０ｎｍの光、つまり赤の波長帯域の光に対する屈折率異方性をΔｎ（650nm）としたとき、Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）の値が１．０７以下であって１より大きい液晶材料により形成されている。
【００３３】
図６は前記Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）の値が１．０６〜１．１３の各液晶を用いた液晶表示素子における液晶層の各Δｎｄに対するカラーシフトの値を示したものであり、この場合、カラーシフトの上限は０．０５〜０．０６である。
【００３４】
この図６から、前記液晶素子１の液晶層１０は、前記Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）の値が１．０７以下であって１より大きい液晶材料、すなわち、
１＜Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）≦１．０７
を満足する液晶材料により形成するのが好ましい。
【００３５】
さらに、前記液晶素子１の液晶層厚ｄは、赤、緑、青のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに対応する画素の全てにわたって実質的に等しく形成されている。この液晶素子１の液晶層１０は、図７で示されるように、屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄの積Δｎｄの値が３４０〜４３０ｎｍの間に横コントラスト及び上コントラストが極大値を示すため、Δｎｄの値は３４０〜４３０ｎｍに設定されている。
【００３６】
また、この液晶表示装置はノーマリホワイトモードのものであり、前記一対の偏光板１２，１３は、それぞれの透過軸１２ａ，１３ａ（図３参照）を実質的に互いに直交させて配置されている。
【００３７】
一方、前記液晶素子１と前記一対の偏光板１２，１３との間にそれぞれ配置された一対の視野角改善素子１４，１５は、いずれも、透明なフィルム基板１６の一方の面に配向処理膜１７を形成し、その上に、ディスコティック液晶分子１９を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記フィルム基板１６に隣接する面から他方の面に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたディスコティック液晶層１８を設けたものである。
【００３８】
すなわち、前記ディスコティック液晶層１８は、前記フィルム基板１６の配向処理膜１７上にディスコティック液晶を塗布し、そのディスコティック液晶を、前記フィルム基板１６に隣接するディスコティック液晶分子１９を前記配向処理膜１７によりフィルム基板１６面と略平行に配列させ、前記フィルム基板１６とは反対側の面で前記ディスコティック液晶分子１９を前記フィルム基板１６に対して大きなチルト角で配列させた状態で硬化させたディスコティックフィルムからなっている。
【００３９】
上述した如く、視野角改善素子１４，１５は、ディスコティック液晶分子１９を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ一方の面（フィルム基板１６側の面）から他方の面に向かって徐々にチルト角が大きくなるように配向させたディスコティック液晶層１８を有している。
【００４０】
前記ディスコティック液晶層１８は、その模式的な断面を示す図２のように、ディスコティック液晶分子１９の円板状の面に垂直なそれぞれの分子軸１９ａが連続的に傾くように配列し、これらの分子軸１９ａを平均した方向を、屈折率が最小となるディスコティック液晶層１８の光学軸２０とし、負の光学的異方性をもっている。
【００４１】
前記一対の視野角改善素子１４，１５のそれぞれのディスコティック液晶分子１９のフィルム基板１６に対するチルト角を層厚全体で平均した平均チルト角（図１及び図２に一点鎖線で示したチルト角）αはそれぞれ、前記液晶素子１の電極４，５間に黒を表示させる電圧（液晶分子１１を図１に二点鎖線で示したように基板２，３面に対して垂直に近い立ち上がり角で配向させる電圧）を印加したときの前記液晶分子１１の平均チルト角をθとしたとき、
α＝９０−θ
の関係を満たす値に設定されている。
【００４２】
図８は、前記液晶素子１の電極４，５間に印加する電圧と、その電界により挙動する液晶分子１１の平均チルト角との関係を示しており、図９は、表示画面の法線に対して５０°傾いた方向のコントラストである横コントラストを示し、図１０は、ｕ‘ｖ’色度座標系（CIE1976UCSの色度座標）で表示画面の法線に対して５０°傾いた方向から観察したときの表示色の変化であるカラーシフトの値を示し、図１１は、表示画面の法線に対して３０°傾いた方向のコントラストである上方向コントラストを示している。
【００４３】
図８のように、前記液晶素子１の電極４，５間に６Ｖの電圧を印加すると、液晶分子１１の平均チルト角θがほぼ７２°となり、透過率が低い黒を表示する。
【００４４】
一方、前記視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶層１８は、図９のように、ディスコティック液晶分子１９の平均チルト角αが大きい方が横コントラストが高い。
【００４５】
これに対して、前記ディスコティック液晶層１８によるカラーシフトは、ディスコティック液晶分子１９の平均チルト角αが１７°〜１９°の間で極小値を示し、図１１のように、平均チルト角が１７°〜１９°の範囲に充分高いコントラストが得られる。
【００４６】
これらの図に示されたように、十分なコントラストが得られ、カラーシフトが充分に小さくなるための、前記ディスコティック液晶分子の平均チルト角の範囲は１７°〜１９°であり、特に１８°であることが望ましい。
【００４７】
この液晶表示装置の液晶素子１の電極４，５間に黒表示電圧を印加したときの液晶分子１１の平均チルト角θは約７２°であり、そのため、前記一対の視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶分子１９を、その平均チルト角αが約１８°（α＝９０−７２＝１８）になるように配向させている。
【００４８】
さらに、前記図９，１０，１１で示したように、ディスコティック液晶層をその法線方向に入射する光に対する常光と異常光の屈折率の差である面内位相差の値が１５０ｎｍのディスコティック液晶層１８を用いるときに、コントラスト及びカラーシフトの両方が優れた特性が得られる。
【００４９】
そのため、この液晶表示装置では、１５０ｎｍの面内位相差をもった視野角改善素子１４，１５を用いている。
【００５０】
そして、前記一対の視野角改善素子１４，１５は、それぞれのディスコティック液晶分子１９のチルト角変化方向を互いに逆向きにするとともに、前記ディスコティック液晶層１８の屈折率が最小となる光学軸２０を前記ディスコティック液晶層１８の表面に投影した方向（以下、基板投影光学軸と言う）２０ａを所定の方向に向けて、前記液晶素子１と前後の偏光板１２，１３との間にそれぞれ配置されている。
【００５１】
この実施例では、図１に示したように、前記一対の視野角改善素子１４，１５を、それぞれのディスコティック液晶分子１９のチルト角が大きい面側を液晶素子１に対向させて配置し、粘着層２１により前記液晶素子１に貼付けている。
【００５２】
図３は、前記液晶素子１の一対の基板２，３の近傍における液晶分子配向方向２ａ，３ａと、前後の偏光板１２，１３の透過軸１２ａ，１３ａの向きと、一対の視野角改善素子１４，１５の基板投影光学軸２０ａの向きとを示している。
【００５３】
図３のように、前記液晶素子１の前基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａは、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し、表示の観察側である前側から見て左回りに４５°ずれた方向、後基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａは、前記横軸ｘに対し、前側から見て右回りに４５°ずれた方向にあり、この液晶素子１の液晶層１０の液晶分子１１は、そのツイスト方向を図に破線矢印で示したように、後基板３から前基板２に向かい、前側から見て右回りに実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向している。
【００５４】
また、前記液晶素子１の前側の偏光板１２は、その透過軸１２ａを前記液晶素子１の前基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａに対し、図３のように実質的に直交させるか、あるいは実質的に平行にして配置され、後側の偏光板１３は、その透過軸１３ａを前側偏光板１２の透過軸１２ａに対し、実質的に直交させて配置されている。
【００５５】
さらに、前記一対の視野角改善素子１４，１５のうち、前側の視野角改善素子１４は、前記液晶素子１と前側偏光板１２との間に、前記基板投影光学軸（ディスコティック液晶層１８の屈折率が最小となる光学軸２０を前記ディスコティック液晶層１８の表面に投影した方向）２０ａを前記液晶素子１の前基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと実質的に平行にして配置され、後側の視野角改善素子１５は、前記液晶素子１と後側偏光板１３との間に、前記基板投影光学軸２０ａを前記液晶素子１の後基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと実質的に平行にして配置されている。
【００５６】
この液晶表示装置は、その後側に配置される面光源からの照明光を利用して表示するものであり、後側偏光板１３によりその透過軸１３ａに平行な直線偏光とされて入射し、後側の視野角改善素子１５のディスコティック液晶層１８と、液晶素子１の液晶層と、前側の視野角改善素子１４のディスコティック液晶層１８とにより偏光状態を変えられ、これらの光のうち、前側偏光板１２の吸収軸（図示せず）に平行な直線偏光成分がこの前側偏光板１２により吸収され、前記前側偏光板１２の透過軸１２ａに平行な直線偏光成分が、この前側偏光板１２を透過して観察側に出射する。
【００５７】
この液晶表示装置は、前記液晶素子１の複数の画素の電極４，５間に印加する電圧値を所定の表示階調数に応じて制御することにより駆動され、前記複数の画素に対応する表示の明暗を変化させて画像を表示する。
【００５８】
なお、この液晶表示装置は、前後の偏光板１２，１３をそれぞれの透過軸１２ａ，１３ａを実質的に互いに直交させて配置したノーマリホワイトモードのものであり、前記液晶素子１の複数の画素のうち、電極４，５間に液晶分子１１を図１に二点鎖線で示したように基板２，３面に対して垂直に近い立ち上がり角で配向させる黒表示電圧が印加された画素に対応する表示が黒表示となる。
【００５９】
また、前記黒表示電圧よりも低い電圧が印加された画素に対応する表示は印加電圧に応じた階調の明表示であり、印加電圧が実質的に０Ｖとなったとき、つまり液晶分子１１が初期のツイスト配向状態に配向したときに、その画素に対応する表示が最も明るい明表示になる。
【００６０】
さらに、この液晶表示装置は、前記液晶素子１に複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを備えさせているため、前記明表示は赤、緑、青のいずれかの色の表示であり、これらの赤、緑、青の明表示の階調と前記黒表示とによりカラー画像が表現される。
【００６１】
この液晶表示装置は、液晶素子１と前後の偏光板１２，１３との間にそれぞれディスコティック液晶層１８を有する視野角改善素子１４，１５を配置しているため、表示の視野角が広い。
【００６２】
すなわち、前記液晶素子１の液晶層１０の液晶分子１１は、電圧の印加によりツイスト配向状態を保ちながら基板２，３面に対して立上がるように配向状態を変えるが、配向膜８，９による配向規制力を強く受ける基板近傍の液晶分子１１は、電圧が印加されても初期のプレチルト角またはそれに近い角度で倒伏した状態のままであるため、前記液晶素子１の電極４，５間に液晶分子１１を基板２，３面に対して垂直に近い立ち上がり角（約７２°）で配向させる電圧を印加したときでも、前記液晶層１０は、基板近傍の液晶分子１１が初期の配向状態からほとんど変化しないことによる残留リタデーションをもっている。
【００６３】
また、前記液晶素子１の液晶層１０は、この液晶層１０を垂直方向に透過する光と斜め方向（垂直方向に対して傾いた方向）に透過する光に対して異なるリタデーションを示すため、ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置では、画面の正面方向（画面に垂直な方向の付近）から観察したときは黒表示の暗さが充分な良好なコントラストの表示を観察できるが、斜め方向から表示を観察すると、黒表示の暗さが浮き上がり、コントラストが大きく低下する。
【００６４】
一方、前記一対の視野角改善素子１４，１５は、ディスコティック液晶層１８を有し、ディスコティック液晶分子１９を、そのチルト方向を一方向に揃え、且つ前記偏光板１２，１３に対向する面と前記液晶素子１に対向する面の一方から他方に向かって順次チルト角を異ならせて配向させたものであり、この一対の視野角改善素子１４，１５が、それぞれのディスコティック液晶分子１９のチルト角変化方向を互いに逆向きにして前記液晶素子１と前後の偏光板１２，１３との間に配置されているため、これらの視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶分子１９の光学軸２０は、前記液晶素子１の電圧印加時における液晶層厚の中央から一方の基板側の液晶分子配向状態及び他方の基板側の液晶分子配向状態と平行である。
【００６５】
しかも、この視野角改善素子１４，１５の液晶層１８はディスコティック液晶層であるため、そのリタデーションに方向性が無い。
【００６６】
そして、この液晶表示装置では、前記液晶素子１と前側偏光板１２との間の視野角改善素子１４を、その基板投影光学軸（ディスコティック液晶層１８の屈折率が最小となる光学軸２０を前記ディスコティック液晶層１８の表面に投影した方向）２０ａを前記液晶素子１の前基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと実質的に平行にして配置し、前記液晶素子１と後側偏光板１３との間の視野角改善素子１５を、その基板投影光学軸２０ａを前記液晶素子１の後基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと実質的に平行にして配置している。
【００６７】
そのため、前記液晶素子１の電圧印加時における基板近傍の液晶分子１１が初期の配向状態からほとんど変化しないことによる残留リタデーションを前記一対の視野角改善素子１４，１５により打ち消し、表示の視野角、つまり黒表示の暗さが充分な良好なコントラストの表示を観察できる観察角度範囲を広くすることができる。
【００６８】
しかも、この液晶表示装置は、前後の偏光板１２，１３をそれぞれの透過軸１２ａ，１３ａを実質的に互いに直交させて配置したノーマリーホワイトモードのものであるが、前記一対の視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶分子１９の平均チルト角αをそれぞれ、前記液晶素子１の電極４，５間に黒を表示させる電圧を印加したときの液晶分子１１の平均チルト角θに対して、α＝９０−θの関係を満たす値に設定しているため、正面方向から観察したときの黒表示も、斜め方向から観観したときの黒表示も、ほとんど同じ色の表示である。
【００６９】
そのため、この液晶表示装置は、視角による表示の色変化がほとんど無く、したがって、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができる。
【００７０】
また、この実施例では、上述したように、前記液晶素子１の液晶層１０を、波長が４５０ｎｍの光（青の波長帯域の光）に対する屈折率異方性Δｎ（450nm）と、波長が６５０ｎｍの光（赤の波長帯域の光）に対する屈折率異方性Δｎ（650nm）との比が、１＜Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）≦１．０７を満足する液晶材料により形成しているため、視角による赤、緑、青の各波長帯域の光の透過率バランスの変化を小さくし、赤、緑、青の出射光の合成色の色相の視角依存性を極く小さくすることができ、したがって、広い視野角にわたって、ほとんど同じ色相のカラー画像を観察させることができる。
【００７１】
さらに、この実施例では、上述したように、前記一対の視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶層１８の面内位相差をそれぞれ１５０ｎｍに設定し、前記液晶素子１のΔｎｄの値を３４０〜４３０ｎｍに設定しているため、上述した液晶素子１の電圧印加時における基板近傍の液晶分子１１が初期の配向状態からほとんど変化しないことによる残留リタデーションを、前記一対の視野角改善素子１４，１５により、ほとんど表示に影響しない程度に効果的に打ち消し、広い視野角にわたって、色相がほとんど同じでコントラスト及び色相の変化もほとんど無いカラー画像を観察させることができる。
【００７２】
そのため、この液晶表示装置は、航空機用表示装置に要求される機能を全て有している。
【００７３】
すなわち、航空機のコックピットに装備される表示装置は、どのような視角で観察しても、表示のコントラストが変わらず、またコントラストと色相も変わって見えないことがシビアに要求される。
【００７４】
前記液晶表示装置は、上述したように、視野角が広く、しかも視角による表示の色変化がほとんど無く、広い視野角にわたって、実質的に同じコントラスト及び色相のカラー画像を観察させることができるため、航空機のコックピットに装備される表示装置に好適である。
【００７５】
図４はこの発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の一部分の断面図であり、この実施例の液晶表示装置は、液晶素子１と前後の偏光板１２，１３との間にそれぞれ配置された一対の視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶層１８の面内位相差をそれぞれ上述したように１５０ｎｍに設定し、前記液晶素子１のΔｎｄの値を、赤のカラーフィルタ（以下、赤色フィルタと言う）６Ｒに対応する画素と緑のカラーフィルタ（以下、緑色フィルタと言う）６Ｇに対応する画素のΔｎｄをそれぞれ３４０〜４３０ｎｍ、青のカラーフィルタ（以下、青色フィルタと言う）６Ｂに対応する画素のΔｎｄを前記赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄに対して、横方向のカラーシフト（画面の横軸方向への視角の変化によるカラーシフト）及び上方向のカラーシフト（画面の縦軸方向への視角の変化によるカラーシフト）がその上限内になるように設定したものである。
【００７６】
すなわち、図１２及び図１３は、波長が４５０ｎｍの光に対する液晶の屈折率異方性Δｎ（450nm）とその波長光が透過する領域（画素）の液晶層厚ｄとの積ΔｎｄからなるΔｎｄ（450nm）値に対する、波長が６５０ｎｍの光に対する液晶の屈折率異方性Δｎ（650nm）とその波長光が透過する領域の液晶層厚ｄとの積ΔｎｄからなるΔｎｄ（650nm）値との比Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）の値と視角の変化によるカラーシフトとの関係を示しており、図１２は、中間調（グレー）を表示したときの横方向カラーシフトを示し、図１３は、黒を表示したときの上方向カラーシフトを示している。
【００７７】
図１２のように、カラーシフトの上限を０．０５としたとき、前記Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）の値は１．１であり、また図１３のように、黒表示のカラーシフトを０．１としたとき、前記Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）の値は０．９４となる。
【００７８】
したがって、前記Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）の値は、０．９４以上で１．１０以下の範囲が望ましく、好ましくは１．０７以下であり、さらに好ましくは１．０２である。
【００７９】
そのため、この実施例では、前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄを、赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄに対して、０．９４〜１．１０の比率の値に設定している。
【００８０】
なお、この実施例の液晶表示装置は、液晶素子１の青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄを赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄよりも大きく設定したものであるが、他の構成は上記第１の実施例と同じである。
【００８１】
また、この実施例においても、前記液晶素子１の液晶層１０は、波長が４５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（450nm）と、波長が６５０ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎ（650nm）との比が、１＜Δｎ（450nm）／Δｎ（650nm）≦１．０７を満足する液晶材料により形成するのが望ましい。
【００８２】
この実施例では、前記液晶素子１の前基板２の内面に設けられた赤、緑、青のカラーフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂのうち、青色フィルタ６Ｂの上（対向電極４の下）に透明な液晶層厚調整膜７を設けることにより、赤色フィルタ６Ｒ及び緑色フィルタ６Ｇに対応する画素の液晶層厚ｄ１と前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素の液晶層厚ｄ２とを異ならせ、前記赤色フィルタ６Ｒ及び緑色フィルタ６Ｇに対応する画素のΔｎｄ（以下、Δｎｄ１と記す）と、前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ（以下、Δｎｄ２と記す）の値とを、０．９４＜Δｎｄ２／Δｎｄ１＜１．１０の関係に設定している。
【００８３】
なお、上述したように、前記液晶素子１の赤色フィルタ６Ｒ及び緑色フィルタ６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１はそれぞれ３４０〜４３０ｎｍであり、したがって、前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ２は３７４〜４７３ｎｍである。
【００８４】
この実施例の液晶表示装置は、前記一対の視野角改善素子１４，１５のディスコティック液晶層１８の面内位相差をそれぞれ１５０ｎｍに設定し、前記液晶素子１の赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１をそれぞれ３４０〜４３０ｎｍ、青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ２を前記赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１の値に対して０．９４〜１．１０の比率で設定しているため、黒表示をさらに黒に近くし、広い視野角にわたって、コントラスト及び色再現性の高いカラー画像を観察させることができる。
【００８５】
すなわち、この液晶表示装置はノーマリーホワイトモードのものであるため、前記液晶素子１の電極３，４間に印加する電圧を高くするのにともなって光の透過率が低くなる。
【００８６】
しかし、この液晶表示装置の電圧―透過率特性には波長依存性があるため、前記液晶素子１の赤、緑、青の各色のフィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに対応する画素のΔｎｄ値が同じである場合は、低電圧側での赤、緑、青の各波長帯域の光の透過率の差は小さいが、高電圧側、つまり黒表示側では、青の各波長帯域の光の透過率よりも赤及び緑の波長帯域の光の透過率の低下の度合が大きくなり、表示が青味を帯びる。
【００８７】
それに対し、この実施例では、前記液晶素子１の青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ２を赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１よりも大きくし、且つ、前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ２の赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１に対する比率を０．９４〜１．１０にしているため、高電圧側での青の各波長帯域の光の透過率を赤及び緑の波長帯域の光の透過率と略同じにし、高電圧側、つまり黒表示側での表示の帯色をほとんど無くすことができる。
【００８８】
そのため、この実施例の液晶表示装置によれば、黒表示をさらに黒に近くするとともに、黒表示に近い低階調側の表示の帯色も無くすことができ、したがって、広い視野角にわたってコントラスト及び色再現性の高いカラー画像を観察させることができる。
【００８９】
ただし、この実施例では、低電圧側において青の各波長帯域の光の透過率が赤及び緑の波長帯域の光の透過率よりも低くなるが、前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ２の赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１に対する比率は０．９４〜１．１０であるため、低電圧側での青の各波長帯域の光の透過率と赤及び緑の波長帯域の光の透過率との差は、表示のコントラスト及び色相にほとんど影響しない。
【００９０】
したがって、この液晶表示装置によれば、低電圧側から高電圧側にわたってコントラスト及び色再現性の高いカラー画像を表示し、その画像を、広い視野角にわたって略同じコントラスト及び色相で観察させることができる。
【００９１】
なお、前記液晶素子１の青色フィルタ６Ｂに対応する画素のΔｎｄ２の赤色及び緑色フィルタ６Ｒ，６Ｇに対応する画素のΔｎｄ１に対する比率は、１．０２（Δｎｄ２／Δｎｄ１＝１．０２）にするのが好ましく、このようにすることにより、低電圧側から高電圧側にわたって、よりコントラスト及び色再現性の高いカラー画像を表示することができる。
【００９２】
また、上記第２の実施例では、液晶素子１の赤色フィルタ６Ｒ及び緑色フィルタ６Ｇに対応する画素の液晶層厚ｄ１と青色フィルタ６Ｂに対応する画素の液晶層厚ｄ２とを異ならせるために、前記青色フィルタ６Ｂの上に液晶層厚調整膜７を設けているが、図５に示した第３の実施例のように、青色フィルタ６Ｂを赤色フィルタ６Ｒ及び緑色フィルタ６Ｇの膜厚よりも厚く形成することにより、前記赤色フィルタ６Ｒ及び緑色フィルタ６Ｇに対応する画素の液晶層厚ｄ１と前記青色フィルタ６Ｂに対応する画素の液晶層厚ｄ２とを異ならせてもよい。
【００９３】
上述した第２及び第３の実施例に関し、次のような仕様の液晶表示装置（以下、実施例と言う）１，２と、比較のための液晶表示装置（以下、比較例と言う）１，２を作製し、それぞれについて、白を表示（赤、緑、青の全画素表示）したとき、黒を表示したとき、５０％の中間調（グレー）を表示したとき、及び２０％の中間調を表示したときのカラーシフトの視角依存性を測定した結果を図１４，１５，１６，１７にそれぞれ示した。
【００９４】
［実施例１］
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．０μｍ
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．０μｍ
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝３．８μｍ
液晶の６５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０９９
液晶の５５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．１０２
液晶の４７５ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．１０７
液晶のΔεの値＝４．６
Δｎｄ（650nm）＝０．３９６
Δｎｄ（550nm）＝０．４０８
Δｎｄ（450nm）＝０．４０７
Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）＝１．０２８
ディスコティック液晶の平均チルト角＝１８°
ディスコティック液晶の面内位相差＝１５０ｎｍ
［実施例２］
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．８μｍ
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．８μｍ
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．６μｍ
液晶の６５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８１
液晶の５５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８３
液晶の４５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８６
液晶のΔεの値＝５．３
Δｎｄ（650nm）＝０．３８９
Δｎｄ（550nm）＝０．３９８
Δｎｄ（450nm）＝０．３９５
Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）＝１．０１７
ディスコティック液晶の平均チルト角＝１８°
ディスコティック液晶の面内位相差＝１５０ｎｍ
［比較例１］
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．１μｍ
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．３μｍ
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．３μｍ
液晶の６５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０７７
液晶の５５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０７９
液晶の４５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８３
液晶のΔεの値＝４．７
Δｎｄ（650nm）＝０．３１６
Δｎｄ（550nm）＝０．３４０
Δｎｄ（450nm）＝０．３５７
Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）＝１．１３０
ディスコティック液晶の平均チルト角＝１５°
ディスコティック液晶の面内位相差＝１３０ｎｍ
［比較例２］
赤色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．３μｍ
緑色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．３μｍ
青色フィルタに対応する画素の液晶層厚＝４．１μｍ
液晶の６５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８１
液晶の５５０ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８３
液晶の４７５ｎｍの波長光に対するΔｎ＝０．０８６
液晶のΔεの値＝５．３
Δｎｄ（650nm）＝０．３４８
Δｎｄ（550nm）＝０．３５７
Δｎｄ（450nm）＝０．３５３
Δｎｄ（450nm）／Δｎｄ（650nm）＝１．０１３
ディスコティック液晶の平均チルト角＝１５°
ディスコティック液晶の面内位相差＝１３０ｎｍ
これらの図１４，１５，１６，１７からわかるように、上記［実施例１］及び［実施例２］は、視角の変化に対するカラーシフトが小さく視野角が広い。
【００９５】
また、図１８は、上記［実施例２］の印加電圧に対する上方向相対透過率の液晶層厚依存性を示し、図１９は上記［比較例２］の上方向相対透過率の液晶層厚依存性を示している。
【００９６】
これらの図１８，１９から明らかなように、上記［実施例２］は、一定の電圧値に対し、液晶層厚の違いに対する相対透過率の変動の値が小さい。特に印加電圧を５Ｖとしたときには、相対透過率の変動が極めて小さくなる。このことは、液晶層厚の誤差が大きくても、カラーシフトが小さいことを表しており、製造を容易とし、また製造工程での歩留まりを高くすることができる。
【００９７】
なお、上述した第１〜第３の実施例の液晶表示装置は、航空機のコックピットに装備されるものであるが、この発明は、航空機用液晶表示装置に限らず、他の用途の液晶表示装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１…液晶素子、２，３…基板、２ａ，３ａ…液晶分子配向方向、４，５…電極、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ…カラーフィルタ、７…液晶層厚調整膜、８，９…配向膜、１０…液晶層、１１…液晶分子、θ…黒表示電圧を印加したときの液晶分子の平均チルト角、１２，１３…偏光板、１２ａ，１３ａ…透過軸、１４，１５…視野角改善素子、１６…フィルム基板、１７…配向膜、１８…ディスコティック液晶層、１９…ディスコティック液晶分子、２０…屈折率が最小となる光学軸、２０ａ…基板投影光学軸、α…ディスコティック液晶分子の平均チルト角、２１…粘着剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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